پژوهشگران دانشگاه تهران نانوکاتالیستی پایه کربنی سنتز کرده‌اند که توانایی بالایی در تبدیل ضایعات سلولزی به سوخت هیدروژنی از خود نشان داده‌است. در سنتز پایه‌ی این نانوکاتالیست از ساقه‌ی کلزا استفاده شده‌است. صنایع نفت، گاز و پتروشیمی را می‌توان از مهم‌ترین مصرف‌کننده‌های گاز هیدروژن به‌شمار آورد.
تولید سوخت هیدروژنی از ضایعات سلولزی به کمک نانوکاتالیست پایه کربنی
نانوکاتالیست پایه کربنی به‌منظور تبدیل ضایعات گیاهی به هیدروژن توسط محققان دانشگاه تهران سنتز شد. سنتز این نانوکاتالیست در مقیاس آزمایشگاهی صورت گرفته و در صورت تبدیل شدن به مقیاس صنعتی می‌تواند نقش مهمی در مرتفع سازی نیاز صنایع نفت و گاز به گاز هیدروژن ایفا کند.
سید محمد سلیمی، دانشجوی مقطع دکتری دانشگاه تهران، هدف از انجام این طرح را تلاش برای به حداکثر رساندن بازدهی فرایند ترموشیمیایی استخراج هیدروژن از زیست‌توده در محیط آب فوق بحرانی عنوان کرد و افزود: «در طرح حاضر ابتدا سعی شد تا با بهینه کردن پارامترهای فرایندی، میزان گاز هیدروژن استخراج‌شده از زیست‌توده را افزایش داده و در مرحله‌ی بعد با سنتز یک نانوکاتالیست پایه کربنی، این میزان را به حداکثر مقدار خود برسانیم.»
وی خاطرنشان کرد: «در طرح حاضر از ساقه‌ی کلزا جهت تولید پایه‌ی این نانوکاتالیست استفاده شده‌است، این موضوع نانوکاتالیست سنتز شده در این طرح را به یک ماده‌ی نسبتاً ارزان و دوست‌دار محیط زیست تبدیل کرده‌است.»
سلیمی در ادامه افزود: «یکی از مهم‌ترین نوآوری‌های این طرح، استفاده از ساقه‌ی گیاه کلزا جهت تولید کربن فعال است. کربن فعال سنتزشده‌ی ساختاری متخلخل و مقیاس حفرات آن در حد نانومتر بود. وجود این تخلخل‌های نانومتری و در پی آن مساحت سطح بسیار بالا به همراه گروه‌های عاملی موجود بر سطح آن موجب شد تا اجزای دیگر نانوکاتالیست قادر باشند با توزیع مناسبی بر روی پایه‌ی کاتالیست قرار گیرند.»
این محقق پیرامون مراحل انجام این طرح گفت: «در این پروژه به‌طور ویژه به بررسی و مقایسه‌ی عملکرد کاتالیست‌های نیکل بر پایه کربن فعال سنتزی نسبت به همتایان شناخته شده تر خود بر پایه گرافن در فرآیند گازی‌سازی هیدروترمال ضایعات سلولوزی ساقه‌ی کلزا جهت تولید بیشترین میزان گاز هیدروژن ممکن پرداخته شد. در بخش اول کار، مهم‌ترین عوامل کنترل‌کننده مانند دما، زمان واکنش و غلظت خوراک در غیاب هرگونه کاتالیست جهت بهینه‌سازی تأثیر پارامترهای عملیاتی بر عملکرد گاز هیدروژن، مورد بررسی قرار گرفت. در بخش دوم پروژه مذکور، عملکرد و خواص کاتالیست‌های دوفلزی گوناگون (نیکل به‌عنوان فلز اصلی و فلزاتی همچون روتنیوم، کبالت و مس به‌عنوان ارتقادهنده) نشانده شده بر روی نانوصفحات گرافن با استفاده از آزمون‌های مختلف مانند XRD، H2-TPR و FESEM مورد بررسی قرار گرفت. در بخش نهایی طرح، به کمک نتایج به‌دست‌آمده از دو بخش قبلی، نانوکاتالیست نهایی بر روی پایه کربن فعال سنتز و ارزیابی شد.»
نتایج به‌دست‌آمده از آزمون‌های انجام‌شده بر روی کاتالیست پایه گرافنی و کاتالیست بر پایه کربن فعال از عملکرد بهتر کاتالیست بر پایه کربن فعال حکایت دارد. توزیع مناسب فلزات بر سطح کربن فعال را می‌توان از عوامل مهم بهبود عملکرد کاتالیستی این ماده دانست.
در دهه‌های اخیر، وابستگی بیش‌ازحد به سوخت‌های فسیلی، مشکلات جدی محیطی مانند اثرات گلخانه‌ای و آلودگی هوا را افزایش داده‌است. علاوه بر این، یک آینده بدون سوخت فسیلی غیرمنتظره نیست؛ زیرا این منابع تخلیه بی‌نهایت نیستند و بازسازی طبیعی آن‌ها زمان‌بر است. هیدروژن به‌عنوان یک سوخت پاک و تجدیدپذیر می‌تواند به ما کمک کند تا آینده‌ای سبز بسازیم.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های سید محمد سلیمی و سیده حوا هاشمی- دانشجویان مقطع دکتری دانشگاه تهران- کمیل کهنسال- دانشجوی مقطع کارشناسی‌ارشد دانشگاه تهران- و دکتر احمد توسلی- عضو هیأت علمی دانشگاه تهران- است. نتایج این کار در مجله Applied Catalysis B: Environmental با ضریب تأثیر ۱۱٫۶۹۸ (جلد ۲۳۹، سال ۲۰۱۸، صفحات ۳۸۳ – ۳۹۷ ) به چاپ رسیده‌است.
